Amyloplaster og stivelseslagring i planter

Amyloplaster er organeller tilstede i planteceller der stivelse syntetiseres og lagres. I tillegg til å være en del av energilagringssystemet til planter, fyller disse organellene også viktige funksjoner for planteutvikling og vekst, ved å la planten være i stand til å skille topp fra bunn og dermed vite hvor røttene skal vokse og hvilken vei den skal gå. hvor stilkene og bladene deres.

Amyloplaster er en spesiell type leukoplast. Disse er i sin tur en klasse plastider som vanligvis finnes i vev som ikke utsettes for sollys, og som er karakterisert ved å ikke ha noe pigment. Av denne grunn har de ingen farge når de observeres gjennom mikroskopet.

Amyloplaster er svært rikelig i forskjellige typer planter og i forskjellige deler av plantevevet. For eksempel finnes de i store mengder i poteter og andre knoller, og også i mange frukter.

plastider

Som nevnt for et øyeblikk siden, er amyloplaster en type plastid. Plastider er en gruppe organeller som er omgitt av en dobbel membran som skiller deres indre fra cellens cytoplasma. Det finnes flere forskjellige typer plastider som har forskjellige funksjoner, men de deler alle noen grunnleggende egenskaper:

• Plastider er organeller som finnes i cytoplasmaet til planteceller.
• Alle plastider kommer fra en type umodne celler som kalles en proplastid.
• Alle plastider har en ytre membran og ett eller flere indre rom, som igjen er omgitt av en andre membran. Begge er fosfolipidmembraner som ligner på cellemembranen.
• Plastider har sitt eget DNA og deler seg ved binær fisjon uavhengig av cellen de er en del av.

typer plastider

Ved modning kan proplastider bli en av fire forskjellige typer distinkte plastider som er:

kloroplaster

De er grønne plastider der glukosebiosyntese fra karbondioksid og vann utføres, gjennom fotosyntese. Disse organellene finnes først og fremst i planteblader og inneholder det grønne pigmentet klorofyll , som absorberer sollys for å gi energien som kreves for fotosyntese.

kromoplaster

De kalles slik fordi de er organeller som har karakteristiske farger fra de forskjellige pigmentene som de syntetiserer og lagrer. De er ansvarlige for fargen på blomstene, fruktene, røttene og noen typer blader.

gerontoplaster

De tilsvarer produktet av nedbrytningen av andre plastider, som oppstår når cellen dør.

leukoplaster

Som nevnt før er dette fargeløse plastider og deres hovedfunksjon er å lagre næringsstoffer til cellen. De finnes hovedsakelig i vev som ikke er eksponert for lys (ikke-fotosyntetisk vev) som røtter og frøbakterier.

Det finnes fire forskjellige typer leukoplaster avhengig av hvilken type næringsstoff de lagrer. Noen, kalt elaioplaster , syntetiserer og lagrer fettsyrer (lipider eller planteoljer). Andre, kalt etioplaster , syntetiserer og lagrer klorofyllforløpere og kan utvikle seg til kloroplaster ved eksponering for lys. En tredje type leukoplast kalles en proteinoplast , og som navnet antyder lagrer de protein. Til slutt syntetiserer og lagrer amyloplaster stivelse.

Syntese og lagring av stivelse i amyloplaster

Stivelse syntetiseres i både kloroplaster og amyloplaster gjennom polymerisering av glukosemolekyler. Denne lagringsforbindelsen er klassifisert som et homopolysakkarid, siden det er en polymer som består av bare én type sukker, i dette tilfellet glukosemolekyler.

Planter bruker stivelse som en måte å lagre overflødig glukose produsert i perioder med intenst lys, der fotosyntesen produserer mer glukose enn planten trenger. Avhengig av hvor den er lagret, brukes denne stivelsen av planten som en alternativ energikilde når det er i mørket, eller i situasjoner der fotosyntese ikke er gjennomførbart.

Stivelsen som er lagret i kloroplastene er forbigående og representerer en rask kilde til glukose til tider når planten ikke får nok sollys. I stedet blir stivelsen syntetisert i amyloplastene lagret på lang sikt. Det er en reserve som bare brukes i visse situasjoner, som når et frø er i ferd med å spire.

amylose og amylopektin

Stivelse kan forekomme i en av to karakteristiske former, amylose og amylopektin, som begge syntetiseres og lagres av amyloplaster.

Amylose består av en lineær (uforgrenet) kjede av glukosemolekyler knyttet til hverandre med α1-4 glykosidbindinger (koble karbon 1 i ett glukosemolekyl til karbon 4 i det neste).

Amylopektin, derimot, er en forgrenet form for stivelse. I dette tilfellet er de lange kjedene dannet av glukosemolekyler med α1-4 glykosidbindinger knyttet til andre kjeder gjennom karbon 6, og danner dermed α1-6 glykosidbindinger.

Syntese og lagring av stivelse i amyloplaster er spesielt viktig for mennesker, siden mye av karbohydratene vi inntar kommer fra dette reservepolysakkaridet. Faktisk er amylose et av de første næringsstoffene som begynner å bli metabolisert når vi spiser, siden spytt inneholder et enzym kalt α-amylase hvis funksjon er å bryte ned α1-4 glykosidbindingene til amylose og amylopektin. α1-6-bindinger brytes senere ned.

Oppbevaring i innvendige rom av amyloplaster

Ved modenhet danner amyloplaster indre rom omgitt av membraner der de lagrer stivelse i form av granulat. Antallet og størrelsen på disse granulene avhenger av både plantearten og det spesielle vevet som er involvert. Noen celler inneholder amyloplaster med flere indre granuler, mens andre inneholder et enkelt stort, sfærisk granulat.

Granulene består av en høyt ordnet kombinasjon av amylose og amylopektin, og størrelsen på granulatet bestemmes hovedsakelig av mengden stivelse som planten lagrer. I noen tilfeller kan granulene bli svært kompakte og tette, noe som gjør amyloplastene som inneholder dem tettere enn cytosolen de er suspendert i. Denne forskjellen i tetthet har viktige implikasjoner knyttet til vekstretningen til stengler og røtter, som vil bli sett nedenfor.

Amyloplaster og gravitropisme

Som nevnt innledningsvis, i tillegg til å være involvert i stivelsessyntese og lagring, spiller amyloplaster også en viktig rolle i hvordan planter føler tyngdekraften. Dette gjør at plantene kan vokse i riktig retning, med røttene vendt ned og skuddene vendt opp. Denne evnen til å føle tyngdekraften og vokse parallelt med den kalles gravitropisme.

Gravitropisme forekommer forskjellig i ulike vevstyper, fordi skudd- og rotvev må vokse i motsatte retninger. I stilkene manifesterer gravitropisme seg i skuddenes endodermale celler og får dem til å vokse i motsatt retning av tyngdekraften (negativ gravitropisme), mens den i røttene manifesterer seg på spissen av hver rot, og får dem til å vokse nedover , i samme retning av tyngdekraften (positiv gravitropisme).

Disse vevene inneholder statocytter (spesialiserte celler som registrerer tyngdekraften), som inneholder en spesiell klasse av amyloplaster kalt statolitter. Disse statolittene er karakterisert ved å akkumulere svært kompakte og tette stivelsesgranuler , noe som gjør dem (til statocytter) tettere enn cytosol. På grunn av denne forskjellen i tetthet har disse amyloplastene alltid en tendens til å bevege seg nedover, og samler seg i bunnen av cellen, uavhengig av dens orientering.

Amyloplast-mediert mekanisme for gravitropisme

Når en celle flyttes eller roteres, er ikke amyloplastene lenger på bunnen, så de begynner å sedimentere mot den nye bunnen på grunn av deres høyere tetthet. På veien kommer de i kontakt med det endoplasmatiske retikulum, som utløser en rekke prosesser som inkluderer frigjøring av kalsium fra det endoplasmatiske retikulum, og frigjøring av et hormon kalt IAA (som er et auxin) i bunnen av endoplasmaet. retikulum.celle.

Denne prosessen er den samme for både stengler og røtter. Imidlertid er effekten av IAA-hormonet motsatt i begge tilfeller. I stilkknopper har IAA-hormonet effekten av å stimulere celleforlengelse og vekst. Dermed blir cellene som er under statocyttene stimulert, forlenget og reprodusert, og skyver knoppen oppover.

I rotceller er effekten av hormonet stikk motsatt. IAA i disse cellene hemmer veksten i stedet for å stimulere den. Derfor vokser ikke cellene under statocyttene (og mottar IAA-hormonutslippet) mens de over dem vokser normalt, og skyver rotspissen nedover.

Det er fortsatt detaljer om prosessen med syntese og lagring av stivelse i amyloplaster, samt gravitropisme, som ennå ikke er avklart. Det er imidlertid klart at amyloplaster er organeller av stor betydning.

Referanser

Nelson, D.L., Cox, M.M. (2013). Lehninger-Principles of biochemistry. (6. utgave). 818-821. W. H. Freeman og Company. New York

Clark, MA, Choi, J. & Douglas, M. (2018). Biologi 2e . 938-939. OpenStax. Huston. Tilgjengelig på https://openstax.org/details/books/biology-2e